Kartografické modelování V – analýzy viditelnosti jaro 2021 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic Kartografické modelování Analýza viditelnosti - proč • Identifikace oblastí viditelných z určitého místa. • Řada aplikačních úloh Kartografické modelování Analýza viditelnosti – jak? Kartografické modelování Viditelnost mezi body (Line of Sight LoS) Kartografické modelování Profil pro viditelnost mezi body • Profil terénu • Viditelnost vybraných bodů terénu. • Možnost zvýšení/sní žení bodů. Kartografické modelování Viditelnost (Multiple Viewshed) • „Která místa jsou z daných pozorovatelen viditelná?“ • „Z kolika pozorovatelen je viditelný daný objekt/místo?.“ • Rozdělení území podle toho, z kterých míst je viditelné. • Situace pro 5 pozorovacích míst. Atributová tabulka rastrové vrstvy obsahuje sloupce pro každý pozorovací bod a pomocí hodnot „1“ a „0“ rozlišuje, zda jsou místa označená danou hodnotou z tohoto bodu viditelná. Kartografické modelování Kartografické modelování Ovládání a nastavení analýzy viditelnosti • 9 nastavitelných proměnných: – SPOT, – OFFSETA, – OFFSETB, – AZIMUTH1, – AZIMUTH2, – VERT1, – VERT2, – RADIUS1, – RADIUS2 Kartografické modelování Nastavení SPOT a Offset • SPOT – definuje nadmořskou výšku pozorovatele (přímo x z DMT). • OFFSET – vertikální vzdálenost v jednotkách měření (m), která je přidána k hodnotě „z“ v místě měření (SPOT). • OFFSETA – pozorovatel, atribut x DMT, 1. • OFFSETB – analyzovaná místa atribut, 0. Kartografické modelování Nastavení azimutu • Definuje horizontální rozpětí analýzy viditelnosti, probíhá ve směru hodinových ručiček 0 – 360, 0=sever. • AZIMUTH1 – počáteční, atribut, 0. • AZIMUTH2 – koncový, atribut, 360. Kartografické modelování Nastavení - vertikální úhel • Definuje vertikální omezení analýzy viditelnosti, +-90 st. Horizontální rovina je určena nadmořskou výškou pozorovatele (z + offset1). Oba úhly mohou být negativní (!). • VERT1 – (horní)úhel nad horizontální rovinou, atribut, 90. • VERT2 – spodní úhel, VERT2RADIUS1, atribut, nekonečno (rozsah souboru ). Kartografické modelování Nastavení RADIUS • Měření vzdálenosti – 3D a planimetrické (zakřivení Země) • Default – 3D • Horizontální a vertikální jednotky musí být nastaveny stejně (m) • Pro planimetrické měření – záporné znaménko před RADIUS 1 a RADIUS2. Kartografické modelování Analýza viditelnosti z více bodů Kartografické modelování • AND OR Kartografické modelování Viewshed – jednoduché a komplexní výpočty • Binární výstup (viditelné a neviditelné) • Komplexní výstup – výška, o kterou lze danou buňku snížit či zvýšit, aby byla právě viditelná z pozorovacího bodu. Kartografické modelování Výpočet viditelnosti Záleží na směru LoS, Jak postupovat v případě diagonálního LoS? Kartografické modelování Bresenhamův algoritmus (1965) • Určení buněk v LoS. • Z-hodnota buněk tvoří hlavní směr viditelnosti. • Lineární interpolace průsečíků – vlevo, vpravo pak nad a pod; nahoru, dolů pak vlevo a vpravo . Kartografické modelování Algoritmus výpočtu ArcGIS • Místo pozorovatele – LoS přilehlých buněk • Porovnání nadmořské výšky a určení viditelnosti přilehlých buněk (stejná nebo vyšší). • Binární označení (0,1). • Uložení výškového úhlu rozdílu středů buněk a přechod k dalším buňkám. Kartografické modelování Algoritmus • LoS počítán pro každou buňku pomocí průsečíku s původním horizontem ( ), je zaznamenán úhel a druhý (vertikální) úhel tvoří počátek a cílový bod v zeleném horizontu. Porovnáním úhlu je buňka označena (0,1), v případě většího úhlu je ten zapsán. • Iterace pokračuje. Kartografické modelování Využití Kartografické modelování Srovnání SW možností (Peňák 2017) Kartografické modelování Specifické možnosti komerčních nástrojů – Global Mapper Kartografické modelování Otevřené otázky analýzy viditelnosti • Způsob určení průsečíku LoS a interpolační výpočet. Kartografické modelování Viditelnost z linie Vliv definice linie a její generalizace na výslednou viditelnost Kartografické modelování Otevřené otázky analýzy viditelnosti •Způsob nakládání s pozorovacím a cílovým bodem. •Bod x buňka ovlivňuje komplexitu výpočtu a jeho přesnost. • 4 možnosti: • bod – bod • bod – buňka • buňka – bod • buňka – buňka • 42 možností, postupné potvrzení či Kartografické modelování Vertical Visibility Index (Nutsford et al. 2015) 2 ovlivňující faktory: • Vertikální rozdíl – sklon, orientace, nadmořská výška • Vzdálenost od pozorovatele Viewshed values ale zůstávají stejné. VVI – počítá vertikální úhel mezi dolním a horním okraje viditelné buňky – vizuální významnost. Kartografické modelování Fischer - kritika binárního pohledu • Prosté (0,1) není dostatečné pro skutečné aplikační úlohy. Kartografické modelování Alternativní metody (Fischer) • A - binární viditelnost • B – viditelnost horizontů: – 1 – viditelný – 2 – lokální horizont – místní hranice viditelnosti. – 3 – globální horizont (skyline) – 0 – neviditelná • C – lokální offset - +- nad nebo pod nejbližším horizontem. • D – globální offset - +- nad nebo pod globálním horizontem (skyline). Kartografické modelování Fischer – alternativní viditelnost Binární Viditelnost horizontů Lokální posun Globální posun a – vertikální vzdálenost od povrchu k LoS b - vzdálenost mezi povrchem/LoS k druhému horizontu c - vzdálenost LoS a druhým, nebo zemí a třetím horizontem